常規(guī)不銹鋼的焊接

1、常規(guī)不銹鋼的焊接常規(guī)不銹鋼的焊接目 錄 一、不銹鋼的分類 二、部分不銹鋼的特性 三、奧氏體不銹鋼的焊接 四、鐵素體不銹鋼的焊接 五、馬氏體不銹鋼的焊接 六、不銹鋼焊條的型號及選用不銹鋼不銹鋼是耐蝕和耐 熱高合金鋼的統(tǒng)稱。不銹鋼通常含有Cr（wCr12%）、Ni、Mn、Mo等元素， 具有良好的耐腐蝕性、耐熱性和較好的力學性能， 適于制造要求耐腐蝕、抗氧化、耐高溫和超低溫的零部件和設(shè)備一、 不銹鋼的分類按主要化學成 分分類 鉻錳氮 不銹鋼 鉻鎳不銹鋼 鉻不銹鋼 指Cr的質(zhì)量分數(shù)介于12%30%之間的不銹鋼，其基本類型為Cr13型 Cr的質(zhì)量分數(shù)介于12%30%，Ni的質(zhì)量分數(shù)介于6%12%和含其他

2、少量元素的鋼種，基本類型為Cr18Ni9鋼 屬于節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼，化學成分中部分鎳被錳、氮替代，可減少鎳的含量如1Cr18Mn8Ni5N、1Cr18Mn6Ni5N 不銹鋼的分類按用途分類 超低碳Cr-Ni鋼(如022Cr25Ni22Mo2、022Cr22Ni5Mo3N)等低碳Cr-Ni鋼（如06Cr19Ni9、12Cr18Ni9Ti） 高Cr鋼（如12Cr13、20Cr13） 不銹鋼 抗氧 化鋼 熱強鋼 高Cr鋼（如12Cr17、12Cr25Si2） 如12Cr18Ni9Ti、12Cr16Ni25Mo6、Cr-Ni鋼（如20Cr25Ni20、20Cr25Ni20Si2） 以Cr12為基的多元

3、合金化 高Cr鋼（如1Cr12MoWV） 不銹鋼的分類按組織分類 奧氏體鋼 鐵素體鋼 馬氏體鋼 鐵素體奧 氏體雙相鋼 06Cr19Ni10 022Cr17Ni14Mo2 沉淀硬化鋼 06Cr13Al 10Cr17 12Cr13、06Cr13、S31803SAF2205SAF 2507 06Cr17Ni4Cu4Nb，簡稱17-4PH 06Cr17Ni7Al，簡稱17-7PH 不銹鋼的分類二、 部分不銹鋼的特性表 1 不銹鋼及耐熱鋼的物理性能三、奧氏體不銹鋼的焊接1、奧氏體不銹鋼的主要類型 奧氏體不銹鋼通常有 18-8型（TP304、 TP347、 TP321 ） 18-12型（TP316）、 2

4、3-13型（309）、 25-20型（TP310）等 奧氏體不銹鋼類型為克服晶間腐蝕傾開發(fā)了12Cr18Ni9Ti(TP321)和06Cr18Ni11Nb(TP347)等 主要牌號有12Cr18Ni9(TP304H)和06Cr18Ni9 (TP304)超低碳18-8型不銹鋼，如022Cr19Ni10等(TP304L) 06Cr17Ni12Mo2、(TP316)06Cr18Ni12Mo2Ti(TP316)等 牌號有06Cr23Ni13等（TP309） 牌號有06Cr25Ni20等（TP310） 18-8型奧氏體不銹鋼 18-12Mo型奧氏體不銹鋼23-13型奧氏體不銹鋼 25-20型奧氏體不銹鋼

5、 奧氏體不銹鋼的焊接2、奧氏體不銹鋼焊接性分析 奧氏體不銹鋼沒有磁性 不銹鋼因為由Cr,Ni等元素組成，熔點較普通碳鋼高。 不銹鋼的線膨脹系數(shù)大，（比碳鋼約大50%）， 不銹鋼的導熱系數(shù)小，（約為碳鋼的1/3）， 以上原因?qū)е潞附討?yīng)力比較大，因此在冷卻時產(chǎn)生的收縮應(yīng)力大，產(chǎn)生的變形大。 熔池流動性差，成型較難掌握，特別是全位置焊接是更為突出； 奧氏體不銹鋼接頭中有多種合金元素，在焊接過程中，如果對熔池及高溫成型區(qū)保護不好，將引起合金元素的氧化，奧氏體不銹鋼的焊接奧氏體不銹鋼的焊接2.1 焊接熱裂紋2.1.1熱裂紋的一般特征 熱裂紋奧氏體不銹鋼具有較高的熱裂紋敏感性，在焊縫及近縫區(qū)都有產(chǎn)生熱裂紋

6、的可能。 2.1.2產(chǎn)生熱裂紋的原因奧氏體不銹鋼的物理特性是熱導率小、線膨脹系數(shù)大，因此在焊接的局部加熱和冷卻條件下，焊接接頭部位的高溫停留時間較長，焊縫金屬及近縫區(qū)在高溫承受較高的拉伸應(yīng)力與拉伸應(yīng)變，這是產(chǎn)生熱裂紋的基本條件之一。對于奧氏體不銹鋼焊縫，通常聯(lián)生結(jié)晶形成方向性很強的粗大柱狀晶組織，在凝固結(jié)晶過程中，一些雜質(zhì)元素及合金元素，如S、P、Sn、Sb、B、Nb易于在晶間形成低熔點的液態(tài)膜，因此造成焊接凝固裂紋。對于奧氏體不銹鋼母材，當上述雜質(zhì)元素的含量較高時，將易產(chǎn)生近縫區(qū)的液化裂紋。2.1.3 避免奧氏體型不銹鋼焊接熱裂紋的途徑 冶金措施焊縫金屬中增添一定數(shù)量的鐵素體組織，使焊縫成為

7、奧氏體-鐵素體雙相組織，能很有效地防止焊縫熱裂紋的產(chǎn)生。常用以促成鐵素體的元素有鉻、鉬、釩等?？刂坪缚p金屬中的鉻鎳比，對于18-8型不銹鋼來說，當焊接材料的鉻鎳比小于1.61時，就易產(chǎn)生熱裂紋；而鉻鎳比達到2.33.2時，就可以防止熱裂紋的產(chǎn)生。這一措施的實質(zhì)也是保證有一定量的鐵素體存在。上述冶金因素主要是通過焊接材料(焊條、焊絲和焊劑)的化學成分來調(diào)整。目前我國生產(chǎn)的18-8型不銹鋼焊條的熔敷金屬，都能獲得奧氏體-鐵素體雙相組織。 工藝措施采用適當?shù)暮附悠驴诨蚝附臃椒ǎ鼓覆慕饘僭诤缚p金屬中所占的比例減少(即小的熔合比)。應(yīng)盡量減少母材金屬熔入焊接熔池的數(shù)量。盡量選用低氫型焊條，以防止熱裂紋

8、的產(chǎn)生。焊接時應(yīng)選用小的熱輸入(即小電流快速焊)。在多層焊時，要等前一層焊縫冷卻后再焊接次一層焊縫，層間溫度不宜高，以避免焊縫過熱。施焊過程中焊條不擺動或小擺動。選擇合理的焊接結(jié)構(gòu)、焊接接頭形式和焊接順序，以降低焊接應(yīng)力，減少熱裂紋的產(chǎn)生。在焊接過程結(jié)束和中途斷弧前，收弧要慢且要設(shè)法填滿弧坑，以防止弧坑裂紋的形成。 2.2 晶間腐蝕 2.2.1 分類 根據(jù)不銹鋼及其焊縫金屬化學成分、所采用的焊接工藝方法，焊接接頭可能在三個部位出現(xiàn)晶間腐蝕，包括： 焊縫的晶間腐蝕、 緊靠熔合線的過熱區(qū)“刀蝕” 熱影響區(qū)敏化溫度區(qū)的晶間腐蝕。 18-8不銹鋼焊接接頭可能出現(xiàn)晶間腐蝕的部位 1HAZ敏化區(qū) 2焊縫區(qū)

9、 3熔合區(qū) 0Cr18Ni9不銹鋼HAZ晶間腐蝕 敏化區(qū)：18-8鋼型奧氏體不銹鋼在450-850溫度范圍內(nèi)加熱后對晶間腐蝕最為敏感，通常把這一溫度區(qū)間成為敏化溫度區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)加熱的過程稱為敏化過程。超低碳以及含Ti或Nb的奧氏體不銹鋼不易有敏化區(qū)出現(xiàn)。 晶間腐蝕的機理是：貧鉻區(qū)：不銹鋼表面或內(nèi)部局部鉻含量低于平均含量的區(qū)域。貧鉻區(qū)的出現(xiàn)，通常是碳化鉻析出的結(jié)果。由于鉻是保證不銹鋼耐腐蝕的元素，貧鉻區(qū)往往優(yōu)先發(fā)生腐蝕。例如不銹鋼中沿晶界析出碳化鉻后導致晶界附近貧鉻，從而容易發(fā)生晶間腐蝕。 刀狀腐蝕 圖4-6 Cr23C6、TiC的析出溫度Cr23C6的析出溫度：600-850； TiC的析

10、出溫度：1100 2.2.2防止焊接接頭產(chǎn)生晶間腐蝕的措施 1）防止焊接接頭晶間腐蝕的工藝措施 A) 首先要選用適當?shù)暮附臃椒?，使輸入焊接熔池的熱量最小，讓焊接接頭盡可能地縮短在敏化溫度區(qū)段下停留時間，減低危險溫度對它的影響。 B) 應(yīng)使焊接熔池停留時間最短。在保證焊縫質(zhì)量的前提下，用小的焊接電流、最快的焊接速度，來達到這一目的。 C) 操作方面盡量采用多層多道焊，每一道焊縫或每一層焊縫焊后，要等焊接處冷卻到100以下再進行次一道或次一層焊； D）強制焊接區(qū)快速冷卻 E）進行穩(wěn)定化處理或固溶處理 這是行之有效的方法，即焊后將整個焊接構(gòu)件進行整體熱處理，可以減少或避免晶間腐蝕傾向。2)防止焊縫晶

11、間腐蝕的冶金措施 A 使焊縫金屬具有奧氏體-鐵素體雙相組織，其鐵素體的體積分數(shù)應(yīng)超過35%，直至12%。在此范圍，不僅能提高焊縫金屬抗晶間腐蝕能力和抗應(yīng)力腐蝕能力，同時還能提高焊縫金屬抗熱裂紋性能。 B 在焊縫金屬中滲入比鉻更容易與碳結(jié)合的穩(wěn)定化元素，如鈦、鈮、鉭和鋯等。 C 最大限度地降低碳在焊縫金屬中的含量，達到低于碳在18-8型不銹鋼中室溫溶解極限值以下，使碳不可能與鉻生成鉻的碳化物，從而從根本上消除晶界的貧鉻區(qū)。碳的質(zhì)量分數(shù)在焊縫金屬中小于0.03%時，就能提高焊縫金屬的抗晶間腐蝕能力。0Cr17Ni12Mo2不銹鋼焊趾處的應(yīng)力腐蝕裂紋 102.3 應(yīng)力腐蝕開裂 1）腐蝕介質(zhì)的影響 腐

12、蝕介質(zhì)與材料組合上的選擇性，在此特定組合之外不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。 2）焊接應(yīng)力的作用 應(yīng)力腐蝕開裂是應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用的結(jié)果。由于低熱導率及高熱膨脹系數(shù)，不銹鋼焊后常常產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。 3 )合金元素的作用 在晶界上的合金元素偏析引起合金晶間開裂是應(yīng)力腐蝕的主要因素之一。三個條件： 環(huán)境 選擇性的腐蝕介質(zhì) 拉應(yīng)力要防止應(yīng)力腐蝕的發(fā)生，需要采取的措施有： 合理設(shè)計焊接接頭，避免腐蝕介質(zhì)在焊接接頭部位聚集，降低或消除焊接接頭的應(yīng)力集中。 盡量降低焊接殘余應(yīng)力，在工藝方法上合理布置焊道順序，如采用分段退步焊。采取一些消應(yīng)力措施，如焊后完全退火，在難以實施熱處理時，采用焊后錘擊或噴丸等。 合理選

13、擇母材與焊接材料，如在高濃度氯化物介質(zhì)中，超級奧氏體不銹鋼就顯示出明顯的耐應(yīng)力腐蝕能力。在選擇焊接材料時，為了保證焊縫金屬的耐應(yīng)力腐蝕性能，通常采用超合金化的焊接材料，即焊縫金屬中的耐蝕合金元素(Cr、Mo、Ni等)含量高于母材。 采用合理工藝方法保證焊接接頭部位光滑潔凈，焊接飛濺物、電弧擦傷等往往是腐蝕開始的部位，也是導致應(yīng)力腐蝕發(fā)生的根源，因此，焊接接頭的外在質(zhì)量也是至關(guān)重要的。2.5焊接變形與收縮 奧氏體型不銹鋼與碳鋼相比，在物理性能上有很大差異，前者在焊接過程中會產(chǎn)生較大的變形和焊后收縮。 18-8型不銹鋼焊后產(chǎn)生較大變形的原因： 與碳鋼相比，其熱導率低，約為碳鋼的1/3，導致熱量傳遞

14、速度緩慢，熱變形增大； 再則18-8型不銹鋼的線膨脹系數(shù)又比碳鋼大40%左右，更引起加熱時熱膨脹量和冷卻時收縮量的增加，當然焊后的變形量就顯得更加突出了。 事實證明，焊接變形量的大小與焊接參數(shù)的選擇、焊接次序的正確性、操作的合理性都有一定的關(guān)系。 為了盡量減少18-8型不銹鋼焊接變形和焊后收縮引起焊件尺寸的不足，對接接頭的焊接構(gòu)件要留有足夠的收縮余量。 3 奧氏體不銹鋼焊接工藝 3.1、焊接方法不銹鋼管道焊接通常有鎢極氬弧焊、焊條電弧焊、熔化極MIG焊、SAW自動焊的焊接方法等。鎢極氬弧焊焊條電弧焊3.2 常用不銹鋼管道焊接材料類別類別鋼號鋼號焊絲焊絲焊條焊條國內(nèi)國內(nèi)國外國外型號型號牌號牌號型

15、號型號牌號牌號鉻鎳奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9TP304ER308H08Cr21Ni10SiE308-15A10700r19Ni10TP304LER308LH03Cr21Ni10SiE308L-16A0021Cr18Ni9Ti0Cr18Ni10TiTP321HTP321ER347H08Cr20Ni10NbE347-15A1370Cr18Ni11NbTP347、TP347HER347H08Cr20Ni10NbE347-15A13700Cr17Ni14Mo2TP316LER316LH03Cr19Ni12Mo2SiE316l-16A0220Cr17Ni12Mo2TP316ER316H08Cr19Ni

16、12Mo2SiE316-15A207 3.3、焊接工藝要點 GTAW+SMAW焊接工藝 1)管道根層焊道采用鎢極氬弧焊； 2）焊條電弧焊時采用小線能量、短電弧、不擺動或小擺動操作，坡口兩側(cè)各100范圍內(nèi)涂上白堊粉或者蓋上石棉布，以防止飛濺，損傷母材； 3）焊接時采用多道焊，每層焊接接頭錯開； 4）鉻鎳奧氏體不銹鋼層間溫度控制在150以下，奧氏體-鐵素體（雙相）不銹鋼、鎳合金、鐵鎳合金層間溫度控制在100以下； 5）采用實芯焊絲的鎢極氬弧焊焊接時，管道焊縫背面須充氬氣或氮氣進行保護； 6）焊接時所用氬氣純度不低于99.99%，氮氣純度不低于99.5%，含水量小于50mg/L；熔化極MAG、脈沖M

17、IG焊接工藝介紹 熔化極焊接方法是利用焊槍連續(xù)送進的焊絲與工件之間燃燒的電弧作熱源，由焊炬噴嘴噴出的氣體保護電弧來進行焊接的焊接方法。 熔化極氣體保護電弧焊通常用的保護氣體有：氬氣、氦氣、CO2氣或這些氣體的混合氣。 以氬氣或氦氣為保護氣時稱為熔化極惰性氣體保護電弧焊（簡稱為MIG焊）； 以惰性氣體與氧化性氣體(O2,CO2)混合氣為保護氣體時，稱為熔化極活性氣體保護電弧焊（簡稱為MAG焊）。 熔化極氣體保護電弧焊的主要優(yōu)點：是可以方便地進行各種位置的焊接，同時也具有焊接速度較快、熔敷率高等優(yōu)點。不銹鋼MAG焊接不銹鋼MIG焊接 鐵素體型不銹鋼的焊接 代表性的材料有06Cr13Al 、10Cr

18、17 。 1.焊接性四、鐵素體型不銹鋼的焊接2. 鐵素體不銹鋼的焊接工藝特點五、馬氏體不銹鋼焊接性分析馬氏體不銹鋼焊接性分析馬氏體不銹鋼焊接性分析馬氏體不銹鋼焊接性分析馬氏體不銹鋼的焊接工藝特點馬氏體不銹鋼的焊接工藝特點 馬氏體不銹鋼焊接性分析六、不銹鋼焊條的型號及選用 （1）不銹鋼焊條的型號 根據(jù)GB/T983不銹鋼焊條的規(guī)定，不銹鋼焊條型號根據(jù)熔敷金屬的化學成分、藥皮類型、焊接位置及焊接電流種類劃分。 其型號編制方法是：首字母“E”表示焊條，“E”后面的數(shù)字表示熔敷金屬化學成分分類代號，如有特殊要求的化學成分，該化學成分用元素符號表示，放在數(shù)字的后面；短劃“-”后面的兩位數(shù)字表示藥皮類型、

19、焊接位置及焊接電流種類。不銹鋼焊條分類見所示。E 410 NiMo-26焊條為堿性或其他類型藥皮，適用于平焊和橫焊位置，采用交流或直流反極性焊接熔敷金屬中Ni和Mo的含量有特殊要求熔敷金屬成分分類代號焊條 （2）不銹鋼焊條的牌號 牌號前加“G”（或“鉻”字）或“A”（或“奧”字），分別表示鉻不銹鋼焊條或奧氏體鉻鎳不銹鋼焊條。 牌號第一位數(shù)字，表示熔敷金屬主要化學成分組成等級，見表10-2所示。 牌號第二位數(shù)字，表示同一熔敷金屬主要化學成分組成等級中的不同牌號。對同一組成等級焊條，可有10個牌號，按0、1、2、9順序排列，以區(qū)別鎳鉻之外的其他成分。 牌號第三位數(shù)字，表示藥皮類型和焊接電源種類，見下表所示。不銹鋼焊條熔敷金屬主要化學成分組成等級焊條牌號中第三位數(shù)字的含意不銹鋼焊條牌號舉例：熔敷金屬主要化學成分組成等級為含碳量0.04%（